Los ingenieros de UNSW han construido un nuevo motor de alta velocidad que tiene el potencial de aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos.

El diseño del prototipo de motor tipo IPMSM se inspiró en la forma del puente ferroviario más largo de Corea del Sur y ha alcanzado velocidades de 100 000 revoluciones por minuto.

La potencia y la velocidad máximas alcanzadas por este novedoso motor han superado y duplicado con éxito el récord existente de alta velocidad de IPMSM laminados (motor síncrono de imán permanente interior), lo que lo convierte en el IPMSM más rápido del mundo jamás construido con materiales de laminación comercializados.

Lo que es más importante, el motor puede producir una densidad de potencia muy alta, lo que es beneficioso para los vehículos eléctricos al reducir el peso total y, por lo tanto, aumentar el alcance para cualquier carga dada.

La nueva tecnología, desarrollada por un equipo encabezado por el profesor asociado Rukmi Dutta y el Dr. Guoyu Chu de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW, es una mejora de los IPMSM existentes, que se utilizan predominantemente en la tracción de vehículos eléctricos.

Un motor tipo IPMSM tiene imanes incrustados dentro de sus rotores para crear un par fuerte para un rango de velocidad extendido. Sin embargo, los IPMSM existentes sufren de baja resistencia mecánica debido a los delgados puentes de hierro en sus rotores, lo que limita su velocidad máxima.

Pero el equipo de UNSW ha patentado una nueva topología de rotor que mejora significativamente la robustez, al mismo tiempo que reduce la cantidad de materiales de tierras raras por unidad de producción de energía.

Uniendo el futuro

El nuevo diseño se basa en las propiedades de ingeniería del puente ferroviario de Gyopo, una estructura de arco de doble enlace en Corea del Sur, así como en una técnica de distribución de tensión mecánica basada en curvas compuestas.

Y la impresionante densidad de potencia del motor ofrece potencialmente un rendimiento mejorado para vehículos eléctricos donde el peso es extremadamente importante.

"Una de las tendencias de los vehículos eléctricos es que tengan motores que giren a mayor velocidad", dice el Dr. Chu.

"Todos los fabricantes de vehículos eléctricos están tratando de desarrollar motores de alta velocidad y la razón es que la naturaleza de la ley de la física permite reducir el tamaño de esa máquina. Y con una máquina más pequeña, pesa menos y consume menos energía y, por lo tanto, eso le da al vehículo un rango más largo.

"Con este proyecto de investigación hemos intentado alcanzar la velocidad máxima absoluta, hemos registrado más de 100 000 revoluciones por minuto y la densidad de potencia máxima es de alrededor de 7kW por kilogramo.

"Para el motor de un vehículo eléctrico, en realidad reduciríamos un poco la velocidad, pero eso también aumenta su potencia. Podemos escalar y optimizar para proporcionar potencia y velocidad en un rango determinado, por ejemplo, un motor de 200 kW con una velocidad máxima de alrededor de 18 000 rpm. que se adapta perfectamente a las aplicaciones EV.

"Si un fabricante de vehículos eléctricos, como Tesla, quisiera usar este motor, creo que solo tomaría entre seis y 12 meses modificarlo según sus especificaciones.

"Tenemos nuestro propio paquete de software de diseño de máquinas donde podemos ingresar los requisitos de velocidad o densidad de potencia y hacer funcionar el sistema durante un par de semanas y nos brinda el diseño óptimo que satisface esas necesidades".

El nuevo prototipo de motor IPMSM se desarrolló utilizando el propio programa de optimización asistido por IA del equipo de UNSW que evaluó una serie de diseños para una variedad de aspectos físicos diferentes, a saber, eléctricos, magnéticos, mecánicos y térmicos.

El programa evalúa 90 diseños potenciales, luego selecciona el mejor 50 por ciento de las opciones para generar una nueva gama de diseños y así sucesivamente, hasta que se logra el óptimo. El motor final es la generación 120 analizada por el programa.

Aparte del vehículo eléctrico, el motor tiene muchas otras aplicaciones potenciales. Uno de ellos son los grandes sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) que requieren compresores de alta velocidad para usar una nueva forma de refrigerante que reduce significativamente el impacto sobre el calentamiento global.

También se puede utilizar en máquinas CNC de alta precisión que son muy demandadas por las industrias de la aviación y la robótica. La tecnología de motor de alta velocidad de UNSW puede permitir que estas máquinas CNC de alta precisión fresan o taladran con diámetros mínimos.

Otra aplicación es como IDG (generador de accionamiento integrado) dentro de un motor de aeronave para proporcionar energía eléctrica a los sistemas de aeronaves.

El nuevo motor del equipo de UNSW también ofrece una ventaja de costo significativa sobre la tecnología existente y utiliza menos materiales de tierras raras como el neodimio.

"La mayoría de los motores de alta velocidad usan un manguito para fortalecer los rotores y ese manguito generalmente está hecho de un material de alto costo, como titanio o fibra de carbono. El manguito en sí es muy costoso y también debe ajustarse con precisión, lo que aumenta el costo de fabricación. del motor", dice el Dr. Chu.

"Nuestros rotores tienen muy buena robustez mecánica, por lo que no necesitamos esa manga, lo que reduce el costo de fabricación. Y solo usamos alrededor del 30 % de materiales de tierras raras, lo que incluye una gran reducción en el costo del material, lo que hace que nuestro alto -Motores de alto rendimiento más ecológicos y asequibles. + Explora más

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